電力系統(tǒng)中機(jī)電擾動的傳播特性分析

杜娜

沈陽市遼中縣供水管理處，遼寧沈陽110200

摘要 通過小擾動的方式，實現(xiàn)了典型供電系統(tǒng)的低頻振蕩模式，在機(jī)電擾動的狀態(tài)下，電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的功率增量也將通過本地模式以及區(qū)間模式擾動組成。對于相同供電模式內(nèi)不同發(fā)電機(jī)的機(jī)電擾動模式，本地模式分量之間將相互抵消，區(qū)間之間的分量將加強(qiáng)，通過仿真分析將驗證機(jī)電擾動將在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生滲透性傳播，傳播的速度與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)；機(jī)電擾動；傳播特性

中圖分類號TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0016-02

低頻振蕩同時也是功率振蕩，其根本在于電力系統(tǒng)的機(jī)電擾動引發(fā)的電機(jī)功角之間的相對振蕩，同時也將使發(fā)電機(jī)的輸出電功率發(fā)生周期性的振蕩。從更大范圍上而言，電力系統(tǒng)不是靜態(tài)的，而是動態(tài)的，在電機(jī)的擾動狀態(tài)下將產(chǎn)生功率振蕩，只要在電機(jī)擾動作用下都能形成功率振蕩，而是在弱阻尼的狀態(tài)下，相應(yīng)的系統(tǒng)并不能迅速完成系統(tǒng)的振蕩過程，而在負(fù)阻尼的作用下，都將產(chǎn)生增幅振蕩的情況。而當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩時，電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)發(fā)生低頻振蕩時，系統(tǒng)的每臺發(fā)電機(jī)都將相對于其他發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一定的振蕩，同時低頻振蕩也將將分為本地模式以及區(qū)間模式，本地模式也將體現(xiàn)出在一定區(qū)間機(jī)組范圍內(nèi)的相對振蕩，而系統(tǒng)區(qū)間模式是電力系統(tǒng)之間產(chǎn)生的相互作用的后果。

相應(yīng)的電力系統(tǒng)的機(jī)電擾動的低頻振蕩研究，并從電力系統(tǒng)的機(jī)電擾動的傳播特性角度分析，但電力系統(tǒng)的眾多問題都與都與運動過程中的能量相關(guān)，通過對電力系統(tǒng)的機(jī)電擾動傳播特性進(jìn)行分析，明確了區(qū)域內(nèi)部機(jī)組之間由于機(jī)電擾動而形成的本地模式將相互削弱。但同一區(qū)域內(nèi)的區(qū)間模式將相互疊加以及增強(qiáng)，從而導(dǎo)致了聯(lián)絡(luò)線振幅較大。通過相應(yīng)的仿真分析了解到，在互聯(lián)系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)間的機(jī)電擾動還可通過聯(lián)絡(luò)線滲透傳播，滲透傳播的速度受到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的影響。

1 電力系統(tǒng)的低頻振蕩分析

1）電力系統(tǒng)的供電區(qū)域內(nèi)，機(jī)電擾動將引發(fā)當(dāng)前所在區(qū)域內(nèi)的本地振蕩模式以及區(qū)間振蕩模式。電力機(jī)組輸出電力功率的增量由本地振蕩分量以及區(qū)間振蕩分量兩個部分構(gòu)成；

2）在同一供電區(qū)域內(nèi)部，不同的機(jī)組輸出的電功率的區(qū)間模式的分量符號應(yīng)保持一致，而本地模式的振蕩分量符號則應(yīng)保持相反；

3）相同的供電區(qū)域內(nèi)部，若干機(jī)組并聯(lián)在同一條母線上，那么在母線的連接處，區(qū)域之間的模式幅值將增強(qiáng)，而本地模式的幅值將遭到削弱，由此聯(lián)絡(luò)線一般振幅較大。

2 電力系統(tǒng)機(jī)電擾動的傳播速度

長久的研究以來，人們普遍以為有功功率一光速速率在電網(wǎng)中傳播，在相關(guān)的研究人員通過同步測量電力系統(tǒng)的機(jī)電動態(tài)響應(yīng)后了解到，機(jī)電擾動的速度比光速要曉得多。要實現(xiàn)從理論上研究機(jī)電擾動的傳播速度，還應(yīng)建立電力系統(tǒng)的連續(xù)系統(tǒng)模型，從波動理論這一視角研究電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)，建立了由多臺發(fā)電機(jī)構(gòu)成的鏈?zhǔn)诫娏ο到y(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)模型。假設(shè)電力系統(tǒng)中連接起來的模型參數(shù)處于均勻分布狀況，當(dāng)發(fā)電機(jī)相互靠近，兩臺發(fā)電機(jī)之間的間隔距離接近于零時，可以得出離散模型到連續(xù)體模型的電力系統(tǒng)機(jī)電波方程。

根據(jù)所推出公式得知，電力系統(tǒng)連續(xù)體中以密度為基本分類形式的發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子角動量、阻尼和機(jī)械功率以及線路電納以及電導(dǎo)等。若是電力系統(tǒng)機(jī)組的連續(xù)體具有均勻的參數(shù)且長度為無限，那么在實際的理論研究中，假設(shè)不考慮初始速度的影響，而后可推出對電力系統(tǒng)機(jī)電波方程的通解。

由機(jī)電波的傳播速度公式可了解到，機(jī)電擾動的傳播速度與線路的電納以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角慣量相關(guān)，但發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角慣量與轉(zhuǎn)子角速度有關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)中的線路參數(shù)以及角的頻率保持在一定的數(shù)值時，電力系統(tǒng)機(jī)電擾動傳播速度只受到電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的變化影響。那么，電力系統(tǒng)中無連接的發(fā)電機(jī)組長距離的輸電線路，由于轉(zhuǎn)動慣量趨向于零，那么其具有較大的傳播速率，其傳播速率與光速接近。

3 電力系統(tǒng)機(jī)電擾動傳播的仿真分析

3.1 機(jī)電振蕩模式

為了明確電力系統(tǒng)中機(jī)電擾動低頻振蕩的傳播過程，在該模式基礎(chǔ)之上，以IEEE 4機(jī)11節(jié)點系統(tǒng)為實例進(jìn)行仿真研究和說明。響應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在未安裝PSS的狀況下，通過測試電力系統(tǒng)的三種機(jī)電的振蕩模式，在模式一的振蕩試驗中，振蕩頻率為0.64，振蕩模式2中的振蕩頻率為1.12，最后振蕩模式3中的振蕩頻率為1.16，呈現(xiàn)遞增的發(fā)展趨勢。

在圖1系統(tǒng)中的G1處施加機(jī)電擾動為具體研究實例，實現(xiàn)機(jī)電擾動傳播特性的研究，在0.5s后在機(jī)電連接組的G1開端施加擾動，0.5s后消除擾動，為觀察機(jī)電波的變化狀況，揭示其實質(zhì)，在研究過程中采用了Prony方法對相關(guān)支路的波形進(jìn)行分解，分解后的波形圖呈現(xiàn)持續(xù)變化的模式，也就是本地模式在受到小干擾后呈現(xiàn)波動到平穩(wěn)的發(fā)展曲線，而區(qū)間模式則呈現(xiàn)出由平穩(wěn)到波動的發(fā)展曲線。將電力系統(tǒng)受到小干擾后的機(jī)電波形通過Prony 分解完成后了解到，其結(jié)構(gòu)為區(qū)間模式分量以及本地模式分量兩個部分構(gòu)成，而機(jī)電振蕩模式1下，相應(yīng)的特征值為0.1080±j4.0258，頻率為0.6407，阻尼比為-0.0268。模式2的特征值為-0.6788±j7.0460，頻率為1.1214，阻尼比為0.0958。

4 結(jié)論

通過發(fā)電機(jī)輸出功率的增量方程了解到，機(jī)電擾動將引發(fā)電力系統(tǒng)供應(yīng)區(qū)域的多個區(qū)間以及本地模式之間的振蕩，使用小擾動的仿真分析方式，將連接在同一母線上的不同支路振蕩輸出響應(yīng)可了解到，在同一個供電區(qū)域內(nèi)部，不同自己之間的本地振蕩模式符號相反，然而區(qū)間模式的符合則保持一致。由此可了解到，在母線的連接處，本地模式將遭到削弱，而區(qū)間模式則得以加強(qiáng)。并且，以聯(lián)絡(luò)線兩端有功功率的相角對比，明確了電力系統(tǒng)中機(jī)電擾動的平均傳播速度與發(fā)電機(jī)慣量密切相關(guān)，機(jī)電擾動在機(jī)電組中的平均傳播速度遠(yuǎn)小于光速。

參考文獻(xiàn)

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